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マクファーソンストラットは、伸縮式ダンパーの上部を上部ステアリングピボットとして使用する自動車用サスペンションシステムの一種です。 [ 1 ]現代の自動車のフロントサスペンションに広く使用されています。その名前は、この設計を発明および開発したアメリカの自動車エンジニア、アール・S・マクファーソンに由来します。
アール・S・マクファーソンは1945年にシボレーのライトカープロジェクトのチーフエンジニアに任命された。彼は戦後間もない市場向けに、より小型の新型車を開発するという任務を負い、その努力がシボレー・カデットの開発につながった。
カデットは画期的な車両となるはずだったが、1946年までに製造された3台の試作車には、さまざまな革新的な技術が盛り込まれていた。その1つが、現在マクファーソンストラットとして知られる革新的な独立懸架システムだった。カデットはマクファーソンストラットを搭載した最初の量産車となる予定だったが、1947年にプロジェクトは中止され、商業生産されることはなかった。これは主に、GMがカデットの予想利益率に懸念を抱いていたためである。[ 2 ]
カデット計画が棚上げされた後、不満を抱いたマクファーソンはGMを去りフォードに入社した。特許は1947年（GMの米国特許2,624,592 ） [ 3 ]と1949年（フォードの米国特許2,660,449 ） [ 4 ]に出願され、後者の特許[ 5 ]は1920年代半ばのフィアットのグイド・フォルナカによるデザインを引用している。 [ 6 ] [ 7 ]
マクファーソンの新しいストラット設計は、他の以前の設計からもインスピレーションを得ている可能性がある。戦前のスタウト・スカラベのストラットサスペンションが影響を与えた可能性があり、航空機の着陸装置におけるロングトラベルストラットは当時すでに広く知られていた。フランスのコッタン・デグットは、リーフスプリングはそれほど洗練されていないものの、同様の設計を採用していたが、[ 8 ] [ 9 ]コッタン・デグットのフロントサスペンションは、今度はアメリカ人エンジニアのJ・ウォルター・クリスティによる1904年の設計に触発されたものであった。[ 10 ] [ 11 ]
マクファーソンは4輪すべてに対応するストラットを設計したが、通常はフロントサスペンションのみに使用され、ステアリングのピボットとホイールのサスペンションマウントの両方の役割を果たす。
マクファーソンストラットを採用した最初の量産車は、しばしばフランスの1949年型フォード・ヴェデットであると誤って挙げられるが、[ 12 ] [ 13 ]マクファーソンストラットよりも前に開発されたもので、ウィッシュボーンと上部コイルスプリングをベースとした独立フロントサスペンションを採用していた。[ 14 ]ヴェデット工場がシムカに買収された後の1954年になって初めて、改良されたシムカ・ヴェデットがフロントストラットを採用するようになった。[ 14 ]
マクファーソンがフォードに入社した後、マクファーソンストラットを採用した最初の量産車は、英国で製造された1950年のフォード・コンサルと、その後のゼファーだった。
マクファーソンストラット式サスペンションシステムは、以下の表に示すような構成要素から成ります。
マクファーソンストラットは、ウィッシュボーン、または二次リンクによって安定化された大きな圧縮リンクを使用し、ホイールのハブキャリアまたは車軸の取り付けポイントを提供します。ロアアームシステムは、ホイールの横方向と縦方向の両方の位置決めを行います。ハブキャリアの上部は、ストラット本体の外側の下部にしっかりと固定されています。これは、内側の部分に沿って上下にスライドし、内側の部分は車両のボディシェル内の取り付け部に直接上方に伸びています。ストラットの上部取り付け部からコントロールアームの下部ボールジョイントまでの線が、ステアリング軸の傾斜を示します。ストラットの軸は、タイヤを避けるために、下部でステアリング軸から内側に角度を付けることができ、これにより、ステアリング時に下部が円弧を描きます。
マクファーソンストラットは、モノコック構造の導入によって恩恵を受けた。その設計には、モノコック構造で実現できる十分な垂直空間と強固なトップマウントが必要となるからである。モノコック構造はサスペンションの応力も分散する。[ 15 ]ストラットには通常、車体が吊り下げられるコイルスプリングと、ストラット内部に取り付けられたカートリッジの形をしたショックアブソーバーの両方が取り付けられる（コイルオーバーを参照）。ストラットには、下部外側部分にステアリングアームを組み込むこともできる。アセンブリ全体は非常にシンプルで、ユニットとして事前に組み立てることができる。また、アッパーコントロールアームをなくすことで、エンジンルームの幅が広くなり、特にほとんどの前輪駆動車のように横置きエンジンを搭載した小型車にとって便利である。必要に応じて、ラジアスアームの代わりにアンチロールバー（トーションバー）を使用することで、アセンブリをさらに簡素化できる。[ 15 ]これらの理由から、低コストメーカーではほぼ普遍的になっている。さらに、サスペンションジオメトリを簡単に設定する方法も提供する。[ 16 ]
現代の多くのモデルでは、ロアコントロールアームの代わりにウィッシュボーンが採用されている。アンチロールバーはオプションであり、装着されている場合は、ボールジョイントロッドを介してスプリングダンパーに、またはボールジョイントもしくはエラストマージョイントロッドを介してウィッシュボーンに接続される。
マクファーソンストラットは、車のフロント衝突構造において重要な構造物として組み込まれているため、ダブルウィッシュボーンサスペンションを採用した車に比べて、ストラットを採用した車の方が、より厳しいスモールオーバーラップ衝突試験に合格しやすい設計となっています。注目すべき例としては、ホンダ アコードやシビック、メルセデス Eクラスなどが挙げられ、いずれも衝突性能向上のためにストラットを採用しています。また、設計が全体的にシンプルであるため、サスペンションのジョイントが少なく摩耗しにくく、ハンドリングやステアリングフィールが経年劣化しにくくなっています。倒立モノチューブストラットは、ポルシェ 911 GT3 やケイマン GT4、スバル インプレッサ WRX STI に見られるように、フロントサスペンションの剛性を高めることもできます。さらに、ストラットは他のタイプのフロントサスペンションよりも効率的にパッケージングできるため、ポルシェ 911やボクスターなどのリア/ミッドシップエンジン車では、フロントの荷室スペースを大幅に確保できます。
幾何学的解析によると、このアセンブリでは、キャンバー角の変化、横方向の動き、またはその両方がある程度発生しない限り、ホイールの垂直方向の動きを許容できないことがわかります。キャンバーの変化とロールセンターを選択する自由度がエンジニアに少ないため、ダブルウィッシュボーンやマルチリンクサスペンションほど優れたハンドリングを提供するとは一般的に考えられていません。コックピットで車高を調整できる車は、設計上避けられないキャンバーの変化があるため、一般的にマクファーソンストラットを使用することはできません。ショックアブソーバーがホイールとほぼ同じ垂直方向の動きをするため、シールのスティクションを破るためのてこ作用が比較的少なくなり、乗り心地が悪くなります。標準的なシングルピボットマクファーソンストラットでは、ステアリング軸の中心が前輪の中心からずれている箇所でポジティブスクラブが発生しやすく、その結果トルクステアが発生します。
欠点はあるものの、マクファーソンストラット式サスペンションは、サスペンションストロークが比較的小さいため、同じような運動学的問題が生じない一部の高性能車では依然として使用されている。
1989年モデル（964）までは、ポルシェ911はコイルスプリングのない同様のストラット設計を採用し、代わりにトーションバーサスペンションを使用していた。それ以降、992ベースの911 GT3を除いて、すべてのポルシェ911はフロントにマクファーソンストラットを採用している。911 GT3はダブルウィッシュボーンを使用している。[ 17 ]
近年、ゼネラルモーターズとフォードは、ストラットを上下方向の柔軟性とステアリングダイナミクスを別々に処理する2つのコンポーネントに分割した改良型ストラットセットアップ、Hi-Per Strutと「Revoknuckle」をそれぞれ導入しました。この設計の利点は、接地面積の増加とトルクステアの低減です。欠点は、重量とコストの増加ですが、ダブルウィッシュボーンまたはマルチリンクセットアップよりも安価です。ホンダは、シビックタイプRのサスペンション設計で使用されている「デュアルアクシス」と呼ばれる別のバリエーションのストラットセットアップを導入しました。マクファーソンストラットのもう1つのバリエーションは、マクファーソンストラットの標準的な直立設計を維持しながら、ロアウィッシュボーンを2つに分割するダブルピボットフロントサスペンションです。これにより、ステアリングジオメトリとスクラブ半径をより良く制御できると同時に、より大きなブレーキアセンブリが可能になります。